В ноябре 1936 года частное проектное бюро Эмиля Девуатина начало разработку самолёта Dewoitine 520. Пытаясь избавиться от проблем предыдущих разработок, Девуатин применил в конструкции самолёта самые передовые технологии. Новый самолёт должен был развивать скорость 520 км/ч — именно поэтому он получил обозначение 520.
Месяц спустя бюро было национализировано и вошло в промышленное объединение SNCAM (Société nationale des constructions aéronautiques du Midi). Работа над D.520 продолжилась в новой компании под руководством Р. Костелло.
Опытный экземпляр с двигателем жидкостного охлаждения Hispano-Suiza 12Y-2 (890 л. с.) совершил свой первый полёт 2 октября 1938 года. Во время лётных испытаний самолёт смог достичь скорости в 480 км/ч — что было значительно меньше расчётной. Причиной снижения скорости было признано большое сопротивление подкрыльевых радиаторов. Для снижения сопротивления подкрыльевые радиаторы заменили на один большой радиатор, установленный под фюзеляжем, с эжектором на выходе. Во время испытаний самолёт совершил посадку на «брюхо» и получил незначительные повреждения. После аварии двигатель был заменён на более новый 12Y-29, были добавлены эжекторные выхлопные патрубки и воздушный винт изменяемого шага. Эти изменения позволили самолёту развить расчётную скорость.
За прототипом в 1939 году последовали ещё две модели с новым откидывающимся фонарём и увеличенной хвостовой частью. Самолёты были вооружены 20-мм пушкой, стрелявшей через кок воздушного винта и двумя 7,5-мм пулемётами в небольших контейнерах под крыльями. Также была создана третья модель с маленьким хвостовым колесом вместо первоначального костыля. Лётные испытания прошли успешно и в марте 1939 года SNCAM получила заказ на производство 200 машин с новым двигателем 12Y-31 (позднее был заменён на 12Y-45).
Первый серийный D.520 совершил свой первый полёт в ноябре. Он имел двигатель 12Y-31 (830 л. с.) и был вооружен двумя 7,5-мм пулемётами в отсеках под крыльями. Фонарь самолёта имел изогнутое цельное ветровое стекло и откидывающуюся вбок среднюю часть. На остальные серийные машины устанавливался двигатель 12Y-45 (930 л. с.) (некоторые получили мотор 12Y-49 (910 л. с.)) с новым нагнетателем и трёхлопастным винтом «Ратье». Стандартным вооружением являлись 20-мм пушка Hispano-Suiza HS.404, стреляющая через вал винта, и четыре 7,5-мм пулемёта MAC 1934 в крыльях. Изогнутое цельное ветровое стекло, использованное на прототипах, было заменено на плоскую панель. Серийное производство было налажено на заводе SNCAM в Тулузе.